第2节 动物细胞工程教学设计高中生物北师大版选修3现代生物科技专题-北师大版

PAGE课题第2节动物细胞工程教学设计高中生物北师大版选修3现代生物科技专题-北师大版课程基本信息1.课程名称：第2节动物细胞工程

2.教学年级和班级：高二年级（1）班

3.授课时间：2023年10月18日第3节课

4.教学时数：1课时（45分钟）核心素养目标二、核心素养目标

生命观念：阐明动物细胞工程中细胞全能性表达的条件及细胞去分化的意义。

科学思维：分析核移植、细胞培养等技术的设计逻辑，归纳动物细胞工程的基本原理。

科学探究：通过案例分析动物细胞培养、单克隆抗体制备等实验的关键步骤。

社会责任：讨论动物细胞工程在医学、生产中的应用及伦理问题。重点难点及解决办法三、重点难点及解决办法

重点：

1.动物细胞培养的条件与流程（教材核心内容）

2.核移植技术原理（克隆技术基础）

3.单克隆抗体制备的步骤与应用（医学实践关联）

难点：

1.细胞全能性在动物与植物中的差异（概念混淆）

2.细胞融合与筛选的技术难点（抽象操作）

解决办法：

1.对比植物细胞工程表格（文字描述），明确动物细胞特殊性

2.动画演示核移植过程（口头描述关键步骤）

3.分步拆解单克隆抗体制备流程，结合COVID-19疫苗实例说明应用教学资源1.软硬件资源：多媒体教室设备（投影仪、电脑）、细胞培养流程模型、核移植技术演示动画、显微镜（观察细胞形态）。

2.课程平台：校园网络学习空间、智慧课堂互动系统。

3.信息化资源：北师大版选修3教材配套PPT、动物细胞培养微课视频、单克隆抗体制备案例库、在线随堂练习题库。

4.教学手段：小组合作讨论、问题驱动教学、实验步骤模拟演示、医学应用案例分析。教学流程1.导入新课（5分钟）

播放“多莉羊克隆过程”短视频片段，提问：“多莉羊的诞生仅靠一只母羊的细胞就能完成，这体现了动物细胞的什么特性？”结合学生回答，引出“动物细胞工程”概念，明确本节课将学习动物细胞培养、核移植、单克隆抗体等核心技术，联系课本P52“细胞工程概述”，强调其在生物育种、医学领域的应用价值，激发学习兴趣。

2.新课讲授（20分钟）

（1）动物细胞培养（7分钟）

结合课本P53-54图2-5，讲解动物细胞培养的条件：无菌环境（酒精消毒、超净工作台）、营养（合成培养基+血清、血浆）、环境（温度36.5℃、pH7.2-7.4、CO₂培养箱）。以“人肝癌细胞培养”为例，分步说明原代培养（组织块消化法→制成细胞悬液→培养瓶培养）和传代培养（贴壁细胞→胰蛋白酶处理→分装到新培养瓶），强调“接触抑制”现象，对比植物组织培养（不需要血清、需光照），解决“动植物细胞全能性表达条件差异”难点。

（2）核移植技术（6分钟）

分析课本P56图2-8“核移植流程”，明确原理：动物细胞核具有全能性。以“多莉羊培育”为例，拆解步骤：卵母细胞去核→乳腺细胞核移植→电激活→胚胎移植→代孕母体妊娠。提问：“为何选择卵母细胞作为受体细胞？”引导学生从“细胞质调控发育能力”角度思考，结合课本P57“思考与讨论”，说明核移植技术面临的伦理问题，强化“科学思维”素养。

（3）单克隆抗体制备（7分钟）

结合课本P59图2-12，分步讲解流程：小鼠注射抗原→B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合→筛选杂交瘤细胞（HAT培养基）→克隆化培养→体外/体内培养→提取单克隆抗体。以“新冠病毒抗原检测试剂”为例，说明单克隆抗体的特异性强、灵敏度高的优势，对比多克隆抗体（混合抗体，易交叉反应），突破“细胞融合与筛选的技术难点”，联系“社会责任”，讨论其在疾病诊断、靶向治疗中的应用。

3.实践活动（10分钟）

（1）模拟动物细胞培养流程（3分钟）

提供“动物细胞培养步骤卡片”（取材→剪碎→胰蛋白酶消化→离心→制成细胞悬液→分装→培养），学生分组排序，并说明每步目的（如“胰蛋白酶消化”使组织分散成单个细胞），教师点评，强化对流程的记忆。

（2）核移植技术关键步骤分析（4分钟）

展示“核移植流程图”（缺失“卵母细胞去核”和“电激活”步骤），学生分组补充并解释：“为何必须去核？”“电激活的作用是什么？”，结合课本P56知识，总结“去核避免核遗传物质混杂，电激活促进受精卵分裂”，突破技术难点。

（3）单克隆抗体应用案例分析（3分钟）

提供“某制药公司利用单克隆抗体治疗乳腺癌”案例，学生分组讨论：“该技术相比传统化疗的优势？”，举例说明“靶向性强，减少对正常细胞的损伤”，联系实际，培养知识迁移能力。

4.学生小组讨论（7分钟）

（1）动物细胞培养与植物组织培养条件差异（2分钟）

举例：“动物细胞培养需添加血清，植物组织培养需添加生长素和细胞分裂素”，分析原因：“动物细胞自身不能合成全部生长因子，植物细胞全能性易表达，需激素调控”，解决“动植物细胞工程差异”难点。

（2）核移植技术中受体细胞的选择依据（2分钟）

举例：“卵母细胞体积大、细胞质含促进发育的物质，去核后可作为受体细胞”，对比“体细胞核移植成功率低”，说明“卵母细胞细胞质的调控作用”，强化核移植原理。

（3）单克隆抗体的医学应用实例（3分钟）

举例：“PD-1抑制剂（单克隆抗体）治疗黑色素瘤，通过阻断免疫抑制通路激活免疫细胞”，讨论“其优势：精准定位肿瘤细胞，降低副作用”，体现“社会责任”，深化对技术应用的理解。

5.总结回顾（3分钟）

梳理本节课核心知识：动物细胞培养（条件、流程）、核移植（原理、步骤）、单克隆抗体（制备、应用），重申重难点：动植物细胞全能性差异、核移植技术逻辑、单克隆抗体制备筛选环节。结合课本P60“本章小结”，强调“动物细胞工程是现代生物科技的重要工具，需兼顾技术进步与伦理规范”，形成知识网络，布置课后任务：查阅“CAR-T细胞疗法”（基于单克隆抗体的免疫治疗），拓展学习。知识点梳理1.动物细胞工程的概念与范畴

动物细胞工程是应用细胞生物学和分子生物学的方法，通过细胞水平或细胞器水平的操作，按照人的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品的生物技术。主要技术包括动物细胞培养、核移植、细胞融合、胚胎工程等，是现代生物科技的重要组成部分，与课本P52“细胞工程概述”直接关联。

2.动物细胞培养

（1）概念：体外模拟机体环境，培养动物细胞的技术，用于生产生物制品、药物研发等（课本P53）。

（2）条件：

①无菌环境：对培养器皿、培养基、操作空间严格消毒（如酒精擦拭、超净工作台），防止微生物污染（课本P53“思考与讨论”）。

②营养条件：合成培养基（含糖、氨基酸、无机盐、维生素）+动物血清（提供生长因子、激素等），植物组织培养无需血清（课本P54）。

③环境条件：温度36.5℃（哺乳动物）、pH7.2-7.4、CO₂培养箱（维持pH），植物组织培养需光照（课本P54）。

④气体条件：95%空气+5%CO₂（保证细胞呼吸和pH稳定）。

（3）流程：

①原代培养：动物组织→剪碎→胰蛋白酶消化（使组织分散成单细胞）→离心→制成细胞悬液→培养瓶培养→出现接触抑制（细胞表面接触停止分裂）（课本P54图2-5）。

②传代培养：贴壁细胞→胰蛋白酶处理（使细胞脱离培养瓶）→分装到新培养瓶→继续培养，可多次传代（课本P54）。

（4）应用：生产疫苗（如脊髓灰质炎疫苗）、单克隆抗体、基因工程产品，以及细胞治疗研究（课本P55“资料分析”）。

3.核移植技术

（1）概念：将动物体细胞的细胞核移入去核的卵母细胞中，使其发育成新个体的技术（课本P56）。

（2）原理：动物细胞核具有全能性，已分化的细胞核含有发育成完整个体所需的全部遗传物质（课本P56“思考与讨论”）。

（3）步骤（以多莉羊为例，课本P56图2-8）：

①供体细胞：取自乳腺细胞（体细胞），在体外培养增殖。

②受体细胞：卵母细胞（去核，避免核遗传物质干扰）。

③核移植：将乳腺细胞核注入去核卵母细胞。

④激活：用电刺激或化学方法激活重组细胞，使其开始分裂（模拟受精过程）。

⑤胚胎培养：激活的细胞发育成早期胚胎。

⑥胚胎移植：将胚胎移入代孕母子宫内妊娠分娩。

（4）应用：克隆濒危动物（如亚洲象）、生产转基因克隆动物（如乳腺生物反应器），用于疾病模型建立（课本P57）。

（5）伦理问题：克隆人技术违背伦理，需严格规范；动物福利问题（如代孕母体健康）（课本P57“生物技术伦理”）。

4.单克隆抗体制备

（1）概念：利用杂交瘤细胞制备的、特异性强的单一抗体（课本P59）。

（2）原理：B淋巴细胞（产生特异性抗体，但不能无限增殖）与骨髓瘤细胞（无限增殖，但不产生抗体）通过细胞融合形成杂交瘤细胞，兼具两种特性（课本P59）。

（3）流程（课本P59图2-12）：

①动物免疫：小鼠注射特定抗原（如病毒蛋白），刺激B淋巴细胞产生相应抗体。

②细胞融合：诱导免疫小鼠的B淋巴细胞与骨髓瘤细胞融合，得到杂交瘤细胞（包括融合的B细胞、骨髓瘤细胞、未融合的细胞）。

③筛选杂交瘤细胞：用HAT培养基筛选（未融合的骨髓瘤细胞因缺乏次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶死亡，未融合的B细胞不能无限增殖，只有杂交瘤细胞存活）。

④克隆化培养：稀释杂交瘤细胞至单个细胞培养，筛选能产生特定抗体的细胞株。

⑤抗体提取：体外培养杂交瘤细胞→从培养液中提取抗体；或注射到小鼠腹腔→从腹水中提取抗体。

（4）特点：特异性强（只与特定抗原结合）、灵敏度高（可检测微量抗原）、可大量生产（课本P60）。

（5）应用：

①诊断：早孕试纸、新冠病毒抗原检测试剂（检测病毒蛋白）。

②治疗：癌症靶向治疗（如PD-1抑制剂阻断免疫抑制通路）、自身免疫病（如类风湿关节炎）。

③科研：标记特定分子，用于细胞定位、蛋白检测（课本P60“实例应用”）。

5.动物细胞工程与植物细胞工程的比较

（1）全能性表达条件：植物细胞易表达（离体培养+激素），动物细胞需核移植（去核卵母细胞提供细胞质环境）（课本P53vsP38植物组织培养）。

（2）培养条件：动物细胞需血清、CO₂、无光照；植物细胞需生长素/细胞分裂素、光照（课本P54vsP40）。

（3）技术差异：植物细胞工程常用组织培养、脱分化/再分化；动物细胞工程常用核移植、细胞融合、杂交瘤技术（课本P52vsP38）。

6.动物细胞工程的社会责任

（1）医学贡献：疾病诊断（单克隆抗体）、治疗（细胞免疫疗法）、疫苗生产（动物细胞培养），如CAR-T细胞疗法（课本P60“拓展视野”）。

（2）伦理规范：反对生殖性克隆人，支持治疗性克隆；关注动物实验福利，遵循3R原则（替代、减少、优化）（课本P57）。

（3）生物安全：防止转基因生物扩散，规范技术应用，避免生物武器风险（课本P60“生物安全”）。反思改进措施（一）教学特色创新

1.案例驱动贯穿始终，用“多莉羊”“新冠检测试剂”等课本实例串联知识点，增强技术原理与生活联系。

2.分层任务卡设计，基础层排序细胞培养流程，进阶层分析核移植伦理冲突，适配不同认知水平学生。

（二）存在主要问题

1.时间分配紧张，单克隆抗体制备流程讲解超时，影响学生讨论深度。

2.部分学生混淆“动物细胞培养”与“植物组织培养”条件，对比辨析环节不足。

（三）改进措施

1.优化流程节奏，将“核移植步骤”拆解为动画片段预习，课堂聚焦原理分析，为讨论留足时间。

2.增加“条件对比表格”随堂填空，强化血清/激素、光照/CO₂等差异点记忆，结合课本P54图2-5直观突破难点。内容逻辑关系①动物细胞工程基础概念与范畴

核心知识点：细胞水平操作、改变遗传物质、获得细胞产品；课本P52“细胞工程概述”定义；关键词“细胞生物学和分子生物学方法”；句“按照人的意愿改变细胞内遗传物质或获得细胞产品”。

②动物细胞工程核心技术原理

重点知识点：动物细胞培养条件、核移植技术原理、单克隆抗体制备流程；课本P53图2-5（培养条件）、P56图2-8（核移植步骤）、P59图2-12（单克隆抗体流程）；关键词“接触抑制”“去核卵母细胞”“HAT培养基”；句“动物细胞核具有全能性”“杂交瘤细胞兼具两种特性”。

③动物细胞工程应用与伦理延伸

关键知识点：医学应用（诊断/治疗）、生物安全、伦理规范；课本P57“生物技术伦理”、P60“生物安全”；关键词“CAR-T细胞疗法”“3R原则”“治疗性克隆”；句“需兼顾技术进步与伦理规范”“反对生殖性克隆人”。课后作业1.**简答题**：比较动物细胞培养与植物组织培养在培养条件上的主要差异，并说明原因。

答案：动物细胞培养需添加血清提供生长因子，植物组织培养需添加生长素和细胞分裂素；动物细胞培养需CO₂维持pH，植物需光照；动物细胞需无菌环境，植物可耐受一定微生物。原因：动物细胞失去分化状态后需外源因子支持，植物细胞全能性易表达；动物细胞代谢产生酸性物质需CO₂缓冲，植物光合作用需光。

2.**流程分析题**：以多莉羊培育为例，简述核移植技术的关键步骤，并说明为何选择卵母细胞作为受体细胞。

答案：关键步骤：乳腺细胞培养→卵母细胞去核→核移植→电激活→胚胎移植→代孕妊娠。原因：卵母细胞体积大，细胞质含促进发育的物质，去核后可避免核遗传物质干扰，且细胞质能重新编程体细胞核。

3.**原理应用题**：单克隆抗体制备中，为何需用HAT培养基筛选杂交瘤细胞？

答案：HAT培养基含次黄嘌呤、氨基蝶呤、胸腺嘧啶。未融合的骨髓瘤细胞因缺乏HGPRT酶无法合成DNA而死亡；未融合的B细胞不能无限增殖；只有B细胞与骨髓瘤细胞融合的杂交瘤细胞能存活并增殖。

4.**辨析题**：